(57)【要約】【課題】省電力化を図るとともに、加熱による品質劣化を低減して長寿命化を図る。【解決手段】磁石３をシリコン基板４及びガラス基板５の左側面４２，５５に近づけていない状態では、液体金属２が空洞部１０の電気接点部５３上にはあるが、電気接点部５４上にはないので、電気接点部５３，５４間は絶縁状態である。絶縁状態において、磁石３をシリコン基板４及びガラス基板５の左側面４２，５５に近づけると、磁石３による磁気力に基づいて液体金属２が引っ張られて空洞部１０を左側へ移動する。これにより、液体金属２を介して電気接点部５３，５４間を絶縁状態から通電状態にする。通電状態において、磁石３を上記左側面４２，５５から遠ざけると、空洞部１０の一部１０１にある気体の圧力によって液体金属２が空洞部１０を右側へ移動し、電気接点部５３，５４間を通電状態から絶縁状態にする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空洞部が一の方向に沿って形成されるハウジングと、
前記空洞部の外周面にそれぞれが離隔して設けられる一対の電気接点部と、
前記空洞部の一部を空洞にした状態で残部を満たす磁性の液体金属と、
前記液体金属に働く磁気力を発生する磁気力発生手段と
を備え、
前記磁気力に基づいて前記液体金属が前記空洞部を前記一の方向に移動し、前記液体金属を介して前記一対の電気接点部間を絶縁状態から通電状態にする
ことを特徴とする液体金属リレー。
【請求項２】
前記磁気力発生手段が、
前記一の方向を軸にして前記ハウジングに巻回されるコイルと、
前記一の方向において前記ハウジングの両端面に両端部が近接して設けられ、前記コイルが通電されると前記両端部から前記磁気力を発生するヨークと
を備えることを特徴とする請求項１記載の液体金属リレー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気接点部間の絶縁状態と通電状態を切り替えるために用いられる液体金属リレーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の液体金属リレーは、特許文献１に開示されているように、スイッチング流体（液体金属）を用いて電極（電気接点部）間の絶縁状態と通電状態を切り替えるものである。具体的には、複数のキャビティ（空洞部）が基板（ハウジング）に形成され、一のキャビティにはスイッチング流体が保持され、他のキャビティには作動流体が保持されている。上記構成において、作動流体を加熱することにより、作動流体の圧力を変化させると、スイッチング流体が、一のキャビティで形状を変化させ、移動し、分岐する。このような一のキャビティでのスイッチング流体の変化に基づいて電極間を絶縁状態にしたり通電状態にしたりする。
【特許文献１】特開２００５−１５８７１７号公報（第４〜８頁及び第９図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来の液体金属リレーは、作動流体を加熱する必要があるので、消費電力が大きくなるという問題があった。また、加熱による温度上昇により品質劣化しやすくなるので、寿命を長くすることができないという問題があった。
【０００４】
本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、省電力化を図ることができるとともに、加熱による品質劣化を低減することができ長寿命化を図ることができる液体金属リレーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明は、空洞部が一の方向に沿って形成されるハウジングと、前記空洞部の外周面にそれぞれが離隔して設けられる一対の電気接点部と、前記空洞部の一部を空洞にした状態で残部を満たす磁性の液体金属と、前記液体金属に働く磁気力を発生する磁気力発生手段とを備え、前記磁気力に基づいて前記液体金属が前記空洞部を前記一の方向に移動し、前記液体金属を介して前記一対の電気接点部間を絶縁状態から通電状態にすることを特徴とする。
【０００６】
この構成では、加熱による温度上昇を伴うことなく磁気力に基づいて液体金属を移動させて一対の電気接点部間を絶縁状態から通電状態にすることができるので、省電力化を図ることができるとともに、加熱による品質劣化を低減することができ長寿命化を図ることができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記磁気力発生手段が、前記一の方向を軸にして前記ハウジングに巻回されるコイルと、前記一の方向において前記ハウジングの両端面に両端部が近接して設けられ、前記コイルが通電されると前記両端部から前記磁気力を発生するヨークとを備えることを特徴とする。この構成では、電気的なオンオフの切り替えにより磁気力を制御することができるので、液体金属の移動を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、省電力化を図ることができるとともに、加熱による品質劣化を低減することができ長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（実施形態１）
本発明の実施形態１について図１を用いて説明する。図１は実施形態１の液体金属リレーの断面図である。
【００１０】
先ず、実施形態１の基本的な構成について説明する。実施形態１の液体金属リレーは、電気接点部間の絶縁状態と通電状態を切り替えるものであり、図１に示すように、ハウジング１と、液体金属２と、磁石３とを備えている。
【００１１】
ハウジング１は、シリコン基板４と、ガラス基板５と、封止基板６とを備えている。
【００１２】
シリコン基板４は、下面４０をガラス基板５と対向して接合している。接合後のシリコン基板４の下面４０とガラス基板５によって、空洞部１０が一の方向（図１の左右方向）に沿って形成されている。シリコン基板４の下面４０側（図１の下側）から見た空洞部１０の形状は限定されるものではなく、例えば、全体が細長い形状のもの、又は細長い形状の両端部より幅広くした液体金属溜め部（チャンバー）を中間部に有するものであってもよい。一方、シリコン基板４の上面４１には、注入口１１が、上面開口１１０からシリコン基板４の下面４０側に向けて徐々に内径が小さくなるテーパ状に形成され、空洞部１０の端部１００と連通している。さらに、シリコン基板４には、空洞部１０の一部１０１と外部を連通し、空洞部１０の気体を外部に排気するための排気口（図示せず）が形成されている。
【００１３】
ガラス基板５には、一対の貫通孔５０，５１が、それぞれガラス基板５の下面開口５００，５１０から見て円状であり、下面開口５００，５１０から上面開口５０１，５１１に向けて徐々に内径が小さくなるテーパ状に形成され、空洞部１０と連通している。また、ガラス基板５は、一対の貫通孔５０，５１のそれぞれに電気接点部５３，５４を離隔させて備えている。各電気接点部５３，５４は、例えば銅や金、アルミニウム、半田など導電性を有する金属材料であり、上面開口５０１，５１１を閉塞している。つまり、各電気接点部５３，５４は、空洞部１０の外周面に設けられることになる。
【００１４】
封止基板６は、例えばガラスなどであり、後述するように液体金属２を注入口１１から空洞部１０に注入した後、注入口１１の上面開口１１０を封止するものである。
【００１５】
一方、液体金属２は、例えば鉄紛などの磁性材料を水銀などに混入したものであり、磁性を有する。上記液体金属２は、空洞部１０の一部１０１を空洞にした状態で残部１０２を満たすために注入口１１から残部１０２に注入される。このとき、空洞部１０の気体は排気口（図示せず）から外部に排気される。液体金属２は、シリコン基板４及びガラス基板５との表面張力、並びに空洞部１０の一部１０１にある気体の圧力により、空洞部１０の一部１０１に空洞を維持しながら残部１０２を満たしている。
【００１６】
磁石３は、シリコン基板４の左側面４２及びガラス基板５の左側面５５側に、図１の左右方向に可動自在に取り付けられている。具体的には、磁石３は、上記左側面４２，５５に近づけたり遠ざけたりすることができる。上記磁石３は、シリコン基板４及びガラス基板５の左側面４２，５５に近い右側面３０がＳ極で、上記左側面４２，５５から遠い左側面３１がＮ極であり、液体金属２に働く磁気力を発生する。具体的には、上記左側面４２，５５に磁石３を近づけると、磁石３からの磁気力によって、液体金属２は空洞部１０を図１の左側へ移動する。上記のように磁石３を左側面４２，５５に近づけている状態から遠ざけると、液体金属２は空洞部１０を図１の右側へ移動して元の状態に戻る。なお、磁石３は、右側面３０がＮ極で、左側面３１がＳ極であってもよい。
【００１７】
次に、実施形態１の液体金属リレーの製造方法について図１を用いて説明する。先ず、シリコン基板４の下面４０に、空洞部１０になる溝を形成する（第１工程）。第１工程とは別に、ガラス基板５に一対の貫通孔５０，５１を形成する（第２工程）。続いて、一対の貫通孔５０，５１のそれぞれに電気接点部５３，５４を、上面開口５０１，５１１を閉塞するように形成する（第３工程）。第１〜３工程後に、シリコン基板４の下面４０をガラス基板５の上面５６と対向させて、シリコン基板４とガラス基板５を接合する（第４工程）。第４工程後に、空洞部１０の気体を排気口（図示せず）から外部に排気しながら、液体金属２を注入口１１から空洞部１０に注入する（第５工程）。第５工程後に、注入口１１の上面開口１１０を封止基板６で封止するとともに、上記排気口も封止する（第６工程）。最後に、第１〜６工程とは別に、シリコン基板４及びガラス基板５の左側面４２，５５側に磁石３を図１の左右方向に可動自在に取り付ける（第７工程）。なお、第１工程と第２，３工程の順序は限定されるものではなく、どちらの工程を先に行ってもよい。また、第１〜６工程と第７工程の順序も限定されるものではなく、どちらの工程を先に行ってもよい。
【００１８】
続いて、実施形態１の液体金属リレーの動作について図１を用いて説明する。磁石３をシリコン基板４及びガラス基板５の左側面４２，５５に近づけていない状態では、液体金属２が空洞部１０の電気接点部５３上にはあるが、電気接点部５４上にはないので、一対の電気接点部５３，５４間は絶縁状態である。上記絶縁状態において、磁石３をシリコン基板４及びガラス基板５の左側面４２，５５に近づけると、上記磁石３による磁気力に基づいて液体金属２が引っ張られて空洞部１０を図１の左側へ移動する。これにより、液体金属２が電気接点部５３上だけでなく電気接点部５４上にもあるので、液体金属２を介して一対の電気接点部５３，５４間を絶縁状態から通電状態にする。上記通電状態において、磁石３を上記左側面４２，５５から遠ざけると、空洞部１０の一部１０１にある気体の圧力によって液体金属２が空洞部１０を図１の右側へ移動し、液体金属２が電気接点部５４上にはなくなるので、一対の電気接点部５３，５４間を通電状態から絶縁状態にする。
【００１９】
上記より、実施形態１の液体金属リレーは、一対の電気接点部５３，５４間の絶縁状態と通電状態を切り替えることができる。
【００２０】
以上、実施形態１によれば、加熱による温度上昇を伴うことなく磁気力に基づいて液体金属２を移動させて一対の電気接点部５３，５４間を絶縁状態から通電状態にすることができるので、省電力化を図ることができるとともに、加熱による品質劣化を低減することができ長寿命化を図ることができる。また、シリコン基板４及びガラス基板５が外部からの力により機械的に変形しないので、強度劣化を低減することができる。
【００２１】
（実施形態２）
本発明の実施形態２について説明する。
【００２２】
実施形態２の液体金属リレーは、実施形態１の液体金属リレー（図１参照）と同様に、ハウジング１と、液体金属２とを備えているが、実施形態１の液体金属リレーにはない以下に記載の特徴部分がある。
【００２３】
実施形態２の液体金属リレーは、実施形態１の磁石３（図１参照）に代えて、シリコン基板４の左側面４２（図１参照）及びガラス基板５の左側面５５（図１参照）に近接して電磁石を備える。電磁石は、コイルと、コイルの中心に有する鉄心とを備え、コイルが通電されると鉄心に磁気力を発生し、コイルが通電されなくなると磁気力の発生を止める。
【００２４】
次に、実施形態２の液体金属リレーの製造方法について説明する。なお、実施形態２の液体金属リレーは実施形態１の液体金属リレーと磁石３以外において同様の構成であるので、図１を用いて説明する。先ず、実施形態１の第１〜６工程を行い、実施形態１と同様に、シリコン基板４に、空洞部１０になる溝を形成し（第１工程）、ガラス基板５に一対の貫通孔５０，５１を形成し（第２工程）、上記一対の貫通孔５０，５１のそれぞれに電気接点部５３，５４を形成し（第３工程）、シリコン基板４とガラス基板５を接合し（第４工程）、液体金属２を空洞部１０に注入し（第５工程）、注入口１１を封止基板６で封止するとともに、上記排気口も封止する（第６工程）。最後に、上記第１〜６工程とは別に、シリコン基板４及びガラス基板５の左側面４２，５５に近接して電磁石を取り付ける（第７工程）。
【００２５】
続いて、実施形態２の液体金属リレーの動作について説明する。なお、実施形態２の液体金属リレーは実施形態１の液体金属リレーと磁石３以外において同様の構成であるので、図１を用いて説明する。電磁石のコイルを通電していない状態では、液体金属２が空洞部１０の電気接点部５３上にはあるが、電気接点部５４上にはないので、一対の電気接点部５３，５４間は絶縁状態である。上記絶縁状態において、電磁石のコイルを通電させて磁気力を発生すると、上記磁気力に基づいて液体金属２が引っ張られて空洞部１０を図１の左側へ移動する。これにより、液体金属２が電気接点部５３上だけでなく電気接点部５４上にもあるので、液体金属２を介して一対の電気接点部５３，５４間を絶縁状態から通電状態にする。上記通電状態において、電磁石のコイルの通電を止めると、空洞部１０の一部１０１にある気体の圧力によって液体金属２が空洞部１０を図１の右側へ移動し、液体金属２が電気接点部５４上にはなくなるので、一対の電気接点部５３，５４間を通電状態から絶縁状態にする。
【００２６】
上記より、実施形態２の液体金属リレーは、一対の電気接点部５３，５４間の絶縁状態と通電状態を切り替えることができる。
【００２７】
以上、実施形態２によれば、実施形態１と同様の効果を奏することができるとともに、電気的なオンオフの切り替えにより磁気力を制御することができるので、電磁石を移動させることなく液体金属２の移動を容易に行うことができる。
【００２８】
（実施形態３）
本発明の実施形態３について図２，３を用いて説明する。図２は実施形態３の液体金属リレーの断面図である。図３は実施形態３の液体金属リレーの上面から見た概略図である。なお、図３はコイルを省略している。
【００２９】
実施形態３の液体金属リレーは、図２に示すように、ハウジング１ａと、液体金属２とを備えているが、実施形態１の液体金属リレーにはない以下に記載の特徴部分がある。
【００３０】
実施形態３のハウジング１ａは、図２に示すようなシリコン基板４ａを備えている。シリコン基板４ａの下面４０ａには、ガラス基板５とともに空洞部１０が形成されているとともに、図３に示すように、空洞部１０の端部１００と連通する液体金属溜め部（チャンバー）１２が形成されている。液体金属溜め部１２には液体金属２が満たされている。なお、実施形態３のハウジング１ａは、上記以外の点において、実施形態１のハウジング１（図１参照）と同様である。
【００３１】
また、実施形態３の液体金属リレーは、図２に示すように、磁石３に代えて、電磁石７を備えている。電磁石７は、コイル７０と、ヨーク７１とを備えている。コイル７０は、空洞部１０の長手方向（図２の左右方向）を軸にしてシリコン基板４ａ及びガラス基板５の外部に巻回されている。
【００３２】
一方、ヨーク７１は、コ字状に形成されているものであり、細長い板状に形成される底部７１０と、底部７１０の両端からそれぞれ延設される側部７１１，７１２とを備えている。上記ヨーク７１は、空洞部１０の長手方向（図２の左右方向）に沿って底部７１０が配置されているとともに、シリコン基板４及びガラス基板５の左側面４２，５５に側部７１１が近接し、右側面４３，５７に側部７１２が近接して配置されている。ヨーク７１は、コイル７０が通電されると側部７１１，７１２から磁気力を発生し、コイル７０が通電されなくなると磁気力の発生を止める。
【００３３】
次に、実施形態３の液体金属リレーの製造方法について図２を用いて説明する。先ず、シリコン基板４ａの下面４０ａに、空洞部１０及び液体金属溜め部１２（図３参照）になる溝を形成する（第１工程）。第１工程とは別に、実施形態１の第２，３工程を行い、実施形態１と同様に、ガラス基板５に一対の貫通孔５０，５１を形成し（第２工程）、上記一対の貫通孔５０，５１のそれぞれに電気接点部５３，５４を形成する（第３工程）。第１〜３工程後に、実施形態１の第４工程を行い、実施形態１と同様に、シリコン基板４ａとガラス基板５を接合する（第４工程）。第４工程後に、空洞部１０の気体を排気口（図示せず）から外部に排気しながら、液体金属２を注入口１１から空洞部１０及び液体金属溜め部１２に注入する（第５工程）。第５工程後に、実施形態１の第６工程を行い、実施形態１と同様に、注入口１１を封止基板６で封止するとともに、上記排気口も封止する（第６工程）。第６工程後に、空洞部１０の長手方向を軸にしてシリコン基板４ａ及びガラス基板５の外部にコイル７０を巻回して取り付ける（第７工程）。第７工程後に、ヨーク７１を、側部７１１がシリコン基板４ａ及びガラス基板５の左側面４２，５５に近接し、側部７１１が右側面４３，５７に近接するように取り付ける（第８工程）。
【００３４】
続いて、実施形態３の液体金属リレーの動作について図２，３を用いて説明する。電磁石７のコイル７０を通電していない状態では、図２に示すように、液体金属２が空洞部１０の電気接点部５３上にはあるが、電気接点部５４上にはないので、一対の電気接点部５３，５４間は絶縁状態である。上記絶縁状態において、コイル７０を通電させてヨーク７１に磁気力を発生すると、上記磁気力に基づいて、図３に示すように、液体金属溜め部１２の液体金属２が空洞部１０の端部１００に引っ張られて移動する（図３の矢印ａ）。そして、空洞部１０の液体金属２が図３の左側へ移動する（図３の矢印ｂ）。これにより、液体金属２が電気接点部５３（図２参照）上だけでなく電気接点部５４（図２参照）上にもあるので、液体金属２を介して一対の電気接点部５３，５４間を絶縁状態から通電状態にする。上記通電状態において、コイル７０の通電を止めると、図２に示すように、空洞部１０の一部１０１にある気体の圧力によって液体金属２が空洞部１０を図２の右側へ移動し、液体金属２が電気接点部５４上にはなくなるので、一対の電気接点部５３，５４間を通電状態から絶縁状態にする。
【００３５】
上記より、実施形態３の液体金属リレーは、一対の電気接点部５３，５４間の絶縁状態と通電状態を切り替えることができる。
【００３６】
以上、実施形態３によれば、実施形態１と同様の効果を奏することができるとともに、電気的なオンオフの切り替えにより磁気力を制御することができるので、電磁石７を移動させることなく液体金属２の移動を容易に行うことができる。
【００３７】
（実施形態４）
本発明の実施形態４について説明する。
【００３８】
実施形態４の液体金属リレーは、実施形態３の液体金属リレー（図２参照）と同様に、ハウジング１ａと、液体金属２とを備えているが、実施形態３の液体金属リレーにはない以下に記載の特徴部分がある。
【００３９】
実施形態４の液体金属リレーは、実施形態３の電磁石７（図２参照）に代えて、電磁石を、ヨークの一側部がシリコン基板４ａ及びガラス基板５の左側面４２，５５（図２参照）に近接し、他側部が一側部と左側面４２，５５の距離より離れて右側面４３，５７に位置するように備える。なお、実施形態４の電磁石は、上記以外の点において、実施形態３の電磁石７と同様である。
【００４０】
次に、実施形態４の液体金属リレーの製造方法について説明する。なお、実施形態４の液体金属リレーは実施形態３の液体金属リレーと電磁石７以外において同様の構成であるので、図２を用いて説明する。先ず、実施形態３の第１〜７工程を行う。第７工程後に、電磁石のヨークを、一側部がシリコン基板４ａ及びガラス基板５の左側面４２，５５（図２参照）に近接し、他側部が一側部と左側面４２，５５の距離より離れて右側面４３，５７（図２参照）に位置するように取り付ける（第８工程）。
【００４１】
続いて、実施形態４の液体金属リレーの動作について説明する。なお、実施形態４の液体金属リレーは実施形態３の液体金属リレーと電磁石７以外において同様の構成であるので、図２を用いて説明する。実施形態３と同様に、電磁石のコイルを通電していない状態では、一対の電気接点部５３，５４間は絶縁状態である。上記絶縁状態において、コイルを通電させてヨークに磁気力を発生すると、シリコン基板４ａ及びガラス基板５の左側面４２，５５近くで発生する磁気力のほうが右側面４３，５７近くで発生する磁気力より大きいので、液体金属２が空洞部１０を上記左側面４２，５５側に移動する。これにより、液体金属２を介して一対の電気接点部５３，５４間を絶縁状態から通電状態にする。上記通電状態において、コイルの通電を止めると、空洞部１０の一部１０１にある気体の圧力によって液体金属２が空洞部１０を上記右側面４３，５７側に移動し、一対の電気接点部５３，５４間を通電状態から絶縁状態にする。
【００４２】
上記より、実施形態４の液体金属リレーは、一対の電気接点部５３，５４間の絶縁状態と通電状態を切り替えることができる。
【００４３】
以上、実施形態４によれば、シリコン基板４ａ及びガラス基板５の左側面４２，５５近くで発生する磁気力のほうが右側面４３，５７近くで発生する磁気力より大きくすることができるので、液体金属２の移動をさらに容易に行うことができる。
【００４４】
なお、実施形態１〜４のいずれかの変形例として、複数対の電気接点部をガラス基板に備えてもよい。このような構成にすると実施形態１〜４のいずれかと同様の効果を奏することができるとともに、複数対の電気接点部を同時に切り替える場合に効率よく行うことができる。
【００４５】
また、実施形態１〜４のいずれかの他の変形例として、シリコン基板に排気口が形成されていない構成であってもよい。このような構成であっても、実施形態１〜４のいずれかと同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明による実施形態１の液体金属リレーの断面図である。
【図２】本発明による実施形態３の液体金属リレーの断面図である。
【図３】同上の液体金属リレーの概略図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０  空洞部
１０１  一部
２  液体金属
３  磁石
４，４ａ  シリコン基板
４２  左側面
５  ガラス基板
５３，５４  電気接点部
５５  左側面
７  電磁石
７０  コイル
７１  ヨーク
【図１】
2007066730.tif 000003
【図２】
2007066730.tif 000004
【図３】
2007066730.tif 000005